JP5581573B2

JP5581573B2 - 電波探知装置

Info

Publication number: JP5581573B2
Application number: JP2008152913A
Authority: JP
Inventors: 礼子北崎; 功廣濱; 充田沼
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2028-06-11
Also published as: JP2009300161A

Description

本発明は、艦船等の移動体に搭載され、ＲＦ信号電波の到来方位を探知する方位探知装置に関するものである。

従来の電波探知装置については、例えば特許文献１、２に記載されている。特許文献１に示す従来例では、全方位の覆域を４分割したアンテナアレーから、まず１組を選択した後、順次１組ずつ切替え選択し、到来電波を捕らえて概略到来方向を推定する『粗方探』を行なっていた。

特許文献２に示す従来例では、全方位の覆域を探知するため複数のアンテナ素子を円周上に配列して円形アンテナを形成し、複数のアンテナ素子各々に対応して接続された受信機を備え、アンテナ素子で受信した電波を捕らえ、和パターンと差パターンの組をボアサイト方向を変化させて複数組形成することにより、到来電波入射角度の誤算出の確率を小さくする方探を行っていた。

特開平１１−２３６８７（図５，６）特開平８−１６６４３３（図３，７）

従来の電波探知装置は、次のような課題があった。特許文献１に示す従来例では、１組づつ順番に切り替えて到来電波を受信するため、全方位（４組）を探知するには時間がかかってしまうという課題があった。更に、対抗する到来電波がそのパルス毎に受信レベルを大きく変えてきた場合等には、４回に分割受信している間に受信レベルが変化してしまうため、方探出来なくなる。すなわち、全方位を同時に探知しないと誤方探する可能性が高いという課題があった。

また、特許文献２に示す従来例では、各アンテナ素子１個に対応して接続する受信機がアンテナ素子数だけ必要となり、受信機数及び受信機までのＲＦケーブル数が多くなり、規模が大きくなるという課題もあった。特に艦船に搭載される電波探知装置のアンテナは、マスト上部に設置される場合が多いため多数のケーブル敷設は困難であり、省スペースが必要不可欠である。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、全方位を同時に方探できると共に、省スペース、小型化可能な電波探知装置を提供することを目的とする。

第１の発明による電波探知装置は、信号レベルを比較するレベル比較用アンテナ素子を含む複数のアンテナ素子でそれぞれ構成された、覆域が隣り合うアレーアンテナと、それぞれのスイッチに接続する前記アンテナ素子からの信号を切り替え選択する複数のスイッチを制御し、前記アンテナ素子からの信号の振幅、周波数及び位相の測定結果から到来する電波の方位を測定する方探処理器とを備え、同一の前記アレーアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子は、前記複数のスイッチのそれぞれ異なる一つと接続され、異なる前記アレーアンテナに所属する前記レベル比較用アンテナ素子は、前記複数のスイッチのそれぞれ異なる一つと接続され、前記方探処理器は、前記複数のスイッチを制御して、前記レベル比較用アンテナ素子からの信号を前記覆域ごとにそれぞれ１つずつ同時に選択して分析し、最も信号レベルの高い前記レベル比較用アンテナ素子が所属する前記アレーアンテナを選択し、その選択した前記アレーアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子からの信号を前記複数のスイッチを制御して選択して比較することから方位を算出することを特徴とするものである。

また、第２の発明による電波探知装置は、信号レベルを比較するレベル比較用アンテナ素子を含む複数のアンテナ素子でそれぞれ構成された、全周をたがいに隣り合う４つの覆域に分割した各覆域に対応したアレーアンテナと、それぞれのスイッチに接続する前記アンテナ素子からの信号を切り替え選択する複数のスイッチを制御し、前記アンテナ素子からの信号の振幅、周波数及び位相の測定結果から、到来する電波の方位を測定する方探処理器とを備え、同一の前記アレーアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子は、前記複数のスイッチのそれぞれ異なる一つと接続され、異なる前記アレーアンテナに所属する前記レベル比較用アンテナ素子は、前記複数のスイッチのそれぞれ異なる一つと接続され、前記方探処理器は、前記複数のスイッチを制御して前記レベル比較用アンテナ素子からの信号を前記覆域ごとにそれぞれ１つずつ同時に選択して分析し、最も信号レベルの高い前記レベル比較用アンテナ素子が所属するアレーアンテナを選択し、その選択したアレーアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子からの信号を前記複数のスイッチを制御して選択して比較することから方位を算出することを特徴とするものである。

また、第３の発明による電波探知装置は、覆域が隣り合う前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子のうち、覆域が隣接する端の位置にあるものを共通とすることを特徴とするものである。

本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものである。第１の発明によれば、レベル比較用アンテナ素子からの信号を覆域ごとにそれぞれ１つずつ同時に選択して分析し電波の概略到来方向を推定する『粗方探』を行い、その方向に最も面したアレーアンテナのアンテナ素子を用いて、詳細に電波の到来方位を測定する『精方探』を行うことにより、全方位を同時に『粗方探』を行うことができ、従来より誤方探の確率が減少し、方探性能を向上できると共に、受信機及びＲＦケーブル数を削減することにより、小型化、低コスト化できる。

第２の発明によれば、レベル比較用アンテナ素子からの信号を覆域ごとにそれぞれ１つずつ同時に選択して全周を同時に受信し電波の概略到来方向を推定する『粗方探』を行い、その方向に最も面したアレーアンテナのアンテナ素子を用いて、詳細に電波の到来方位を測定する『精方探』を行うことにより、全方位を同時に『粗方探』を行うことができ、従来より誤方探の確率が減少し、方探性能を向上できると共に、受信機及びＲＦケーブル数を削減することにより、小型化、低コスト化できる。

第３の発明によれば、アンテナ素子の配置を変更し、第１、第２の発明より更に素子数を減らすことにより、低コスト化、省スペース化できると共に、粗方探から精方探への切り替え素子数が減少し、簡素化される。

実施例１．
図１は、本発明の実施例１による電波探知装置を示す構成概略図であり、方探アンテナ１、アレーアンテナ２、スイッチ３、受信機４、方探処理機５、アンテナ素子６により概略構成されている。図２は、方探アンテナ１の構成概略図であり、方探アンテナ１は、全方位３６０度の覆域を例えば４分割した４組のアレーアンテナ２から構成されている。１組のアレーアンテナ２は例えば４個のアンテナ素子６から構成されている。

図５は、実施例１によるスイッチ系統図の例である。スイッチ３は、方探処理機５からの指示信号に従い、２種類の方探機能（電波の概略到来方向を推定する『粗方探』と、詳細に到来電波の到来方位を測定する『精方探』）によって上記アンテナ素子６を切替選択する。受信機４は、４個のアンテナ素子６により受信された電波を検波し、その検波信号をビデオ信号に変換して出力する。方探処理機５は、粗方探、精方探を実施し、受信機４から出力された各アンテナ素子６に係わる信号を分析して、対象が放射している電波の到来方位を算出する。

図３は、本実施例で実施する２種類の方探方法概念図である。全覆域を探知するために、４組のアレーアンテナを用いて同時に到来電波の概略到来方向を推定する粗方探と、到来方向に最も面した１組のアレーアンテナを選択し詳細に到来電波の到来方位を測定する精方探を行う。この２種類の方探を切り替えて到来電波の方位を精度良く探知する装置である。

図４は、本実施例による電波探知装置の各スイッチ３−１〜３−４の選択論理表の一例である。まず、粗方探を実施する場合を図４−１に示す。４組のアレーアンテナ２をすべて同時に使用するので、各アレーアンテナ２の中央付近である３番目（又は２番目でも可）のアンテナ素子とスイッチ３を接続している。ここで、『方探Ａ』とは、アレーアンテナ２−Ａ組を用いて精方探するケースを意味する。粗方探では２−Ａから２−Ｄまでどの組のアレーアンテナ２を精方探しても、常に同じアンテナ素子と接続している。例えば、スイッチ３−１は、常にアンテナ素子Ａ−３と接続される。

次に精方探を実施する場合を図４−２に示す。粗方探で算出された電波到来方向に最も面したアレーアンテナ２の組を２−Ａ〜２−Ｄの中から特定し、これに対応する方探を方探Ａ〜方探Dから選択しスイッチ３−１〜３−４を切り替える。なお図中に斜体で示すものは、粗方探から精方探へ切り替えても、同じアンテナ素子を使用するケースである。例えば、スイッチ３−１は、粗方探ではＡ−３と接続されており、精方探に切り替えても同じＡ−３と接続される。この図から、例えばスイッチ３−１は、方探ケースにより、Ａ−３，Ｂ−４，Ｃ−１，Ｄ−２のアンテナ素子４個のうちどれかと切り替え接続され、その他素子には切り替え接続されないことが解かる。これは、図５のスイッチ系統図にも、スイッチ３−１の接続先として表わされている。

次に動作について説明する。本電波探知装置の目的は、対抗するレーダ施設などから電波が放射された時、早期にこれを探知することであり、その電波の到来方向を探知する手順の実施例を図６のフローチャートに示している。まず、全方位を４分割した４組の各アレーアンテナ２からアンテナ素子６を１素子づつ選択し、４素子同時に受信する。アンテナ素子６の選択はスイッチ３の各スイッチ３−１〜３−４にて図４−１スイッチ選択表に従って行う。アレーアンテナ２は４組（２−Ａ組、２−Ｂ組、２−Ｃ組、２−Ｄ組）有り、各アレーアンテナ２のアンテナ素子６（２−Ａ組にＡ−１、Ａ−２、Ａ−３、Ａ−４/２−Ｂ組にＢ−１、Ｂ−２、Ｂ−３、Ｂ−４/２−Ｃ組にＣ−１、Ｃ−２、Ｃ−３、Ｃ−４/２−Ｄ組にＤ−１、Ｄ−２、Ｄ−３、Ｄ−４）のうち、例えば、中央付近のアンテナ素子６であるＡ−３、Ｂ−３、Ｃ−３、Ｄ−３の合計４個を選択して、全覆域から受信する。

受信機４は、各アンテナ素子６により受信された電波を検波し、その検波信号をビデオ信号に変換して出力する。受信機４から出力される各アンテナ素子６に係わるビデオ信号の信号レベル（４個のアンテナ素子６により受信された電波の振幅）を方探処理機５にて分析して、対象が放射している電波の概略到来方向を算出し、この方向に最も面したアレーアンテナ２を特定する。これを『粗方探』と呼ぶ。例えば具体的には、４つのビデオ信号のレベルを比較し、最もレベルの高いビデオ信号に対応するアンテナ素子の指向方向を算出し、到来電波の概略到来方向とする。

次に、上記で算出した概略到来方向に最も面したアレーアンテナ２を方探処理機５が選択し、スイッチ３の接続を切り替え、そのアレーアンテナ２のアンテナ素子６（４個）により到来電波を捕らえ受信する。具体的には、例えば図４−２に示すように、アレーアンテナ２−Ｂ組（方探Ｂ）を選択した場合は、アンテナ素子６のＢ−１にスイッチ３−４が切り替わり、Ｂ−２にはスイッチ３−３、Ｂ−３にはスイッチ３−２、Ｂ−４にはスイッチ３−１が、各々対応して切り替わり、アレーアンテナ２―Ｂ組が選択される。

複数のアンテナ素子６が同一の到来電波を受信すると、到来方向に応じて、複数のアンテナ素子間に位相差が生じるので、その位相差から到来方向を算出できる。図７には、位相差から到来方向を算出する原理を示す。距離ｄだけ離れたアンテナ素子２個に、角度θ方向から電波が到来する場合、到来電波の位相差を△Φとすると、次の式より、到来方向を計算できる。

ここで、λは、到来電波の波長である。受信機４は、複数のアンテナ素子６が対象の放射する電波を受信すると、その電波をフーリエ変換して周波数信号を出力する。方探処理機５は、受信機４より出力された周波数信号から各アンテナ素子６により受信された電波の位相差を算出し、周波数信号と位相差から対象が放射している電波の詳細な到来方位を算出する。これを『精方探』と呼ぶ。

実施例２．
図８に、本発明の実施例２による電波探知装置のアンテナ概略図を示す。実施例１では、アレーアンテナ２が４組（２−Ａ組、２−Ｂ組、２−Ｃ組、２−Ｄ組）、各アレーアンテナ２を構成するアンテナ素子６も４個であり同数であるが、アレーアンテナ２とアンテナ素子６の数は必ずしも同数でない場合でも、スイッチの組み方を変更することにより、粗方探及び精方探を切り替えて方探を行うことができる。

実施例２は、図８に示すように、アレーアンテナ２が４組（２−Ａ組、２−Ｂ組、２−Ｃ組、２−Ｄ組）、各アレーアンテナ２を構成するアンテナ素子が４個から３個（２−Ａ組にＡ−１、Ａ−２、Ａ−３／２−Ｂ組にＢ−１、Ｂ−２、Ｂ−３／２−Ｃ組にＣ−１、Ｃ−２、Ｃ−３／２−Ｄ組にＤ−１、Ｄ−２、Ｄ−３）に減少した場合である。アンテナ素子は、実施例１と同様に、アレーアンテナ２に４分割され４角形状に配置されている。

図９は、実施例２のスイッチ３−１〜３−４の選択論理表の例である。図１０には、スイッチ系統図の例を示す。まず、粗方探を実施する場合を図９−１により説明する。４組のアレーアンテナ２をすべて同時に使用するので、各アレーアンテナ２の中央である２番目のアンテナ素子とスイッチ３は接続している。ここで例えば、方探Ａとは、アレーアンテナ２―Ａ組を精方探するケースを意味する。粗方探では、２−Ａから２−Ｄまでどの組のアレーアンテナ２を精方探するケースであっても、常に同じアンテナ素子と接続している。例えば、スイッチ３−１は、常にアンテナ素子Ａ−２と接続される。

次に精方探を実施する場合を図９−２に示す。粗方探で算出された電波到来方向に最も面したアレーアンテナ２を２−Ａ〜２−Ｄ組の中から特定し、これに対応する方探を方探Ａ〜方探Ｄから選択しスイッチ３−１〜３−４を切り替える。なお、図中に斜体で示すものは、粗方探から精方探へ切り替えても、同じアンテナ素子を使用するケースである。例えば、スイッチ３−１は、粗方探ではＡ−２と接続されており、精方探に切り替えても同じＡ−２と接続される。この図から、例えばスイッチ３−１は、方探ケースにより、Ａ−２，Ｃ−１，Ｄ−３のアンテナ素子３個のうちどれかと切り替え接続され、その他素子には切り替え接続されないことが解かる。

次に動作について説明する。電波の到来方向を探知する手順の実施例を説明する。フローチャートは実施例１を示す図６と同様である。まず、粗方探については、実施例１と全く同様の手順で概略到来方向を算出し、１組のアレーアンテナ２を特定する。次に精方探を実施する。特定されたアレーアンテナ２を方探処理機５が選択し、スイッチ３の接続を切り替え、そのアレーアンテナ２のアンテナ素子６（３個）により到来電波を捕らえ受信する。具体的には、例えば図９−２に示すように、アレーアンテナ２―Ｂ組（方探Ｂ）を選択した場合は、アンテナ素子６のＢ−１にスイッチ３−４が切り替わり、Ｂ−２にはスイッチ３−２、Ｂ−３にはスイッチ３−３が、各々対応して切り替わり、アレーアンテナ２−Ｂ組が選択される。この組のアンテナ素子６が到来電波を受信する。

受信機４は、アンテナ素子６が対象の到来電波を受信すると、その電波をフーリエ変換して周波数信号を出力する。方探処理機５は、受信機４より出力された周波数信号から各アンテナ素子６により受信された電波の位相を求め、各電波の位相差を算出し、その位相差から対象が放射している電波の詳細な到来方位を測定する精方探を行なう。

実施例３．
図１１は、本発明の実施例３のアンテナ概略図である。アンテナ素子ＡＢ，ＢＣ，ＣＤ，ＤＡは、正方形状に配置された方探アンテナ１の４角部に正方形の中心から放射線方向に指向方向が向くように取り付けられている。角部の１素子が隣接する２組のアレーアンテナ２のアンテナ素子６を兼用することにより、アンテナ素子数を減らしている。実施例２に比較して、アンテナ素子６の合計数が１２個から８個に減少しており、省スペース、低コスト化が可能となる。

次に動作について説明する。信号処理フローチャートは、実施例１と同様である。図１２は、実施例３による電波探知装置のスイッチ選択論理表の例、図１３には、スイッチ系統図の例を示す。まず粗方探の際には、４角に配置されたアンテナ素子６ＡＢ，ＢＣ，ＣＤ，ＤＡを用いて同時に全覆域について粗方探を行ない、精方探を行うアレーアンテナ２組を特定する。図１２−１において、方探Ａとはアレーアンテナ２−Ａ組を精方探するケースを意味する。粗方探の際は、方探Ａ〜方探Ｄまでの精方探ケースに関係無く、スイッチ３は常に同じアンテナ素子６に接続される。例えば、スイッチ３−１は常にアンテナ素子ＡＢに接続される。

次に、図１２−２精方探について説明する。粗方探の結果算出された電波到来方向に最も面しているアレーアンテナ２のアンテナ素子３個（２個は角部に配置され隣接したアレーアンテナ２と兼用）にスイッチ３を切り替える。例えば方探Ｃの場合はアレーアンテナ２−Ｃ組を用いて精方探するために、スイッチ３−１は素子Ｃに接続され、スイッチ３−２は素子ＢＣに、スイッチ３−３は素子ＣＤに各々切り替わり接続される。従って、例えばスイッチ３−１は、図１２，図１３の通り、アンテナ素子ＡＢとＣの２個に切り替わるのみとなる。従ってスイッチ３は２個の素子のみに切り替わるのため、簡素化される。受信機４は、切り替えられたアンテナ素子６が対象の放射する電波を受信すると、その電波をフーリエ変換して周波数信号を出力する。方探処理機５は、受信機４より出力された周波数信号から各アンテナ素子６により受信された電波の位相差を算出し、位相差から対象電波の詳細な到来方位を測定する精方探を行なう。

実施例４．
図１４は、実施例４の信号処理フローチャートである。実施例４では、位置があらかじめ明確な電波発信源から発信された到来電波に対して、異なるアンテナ素子を含む複数セットを順番に選択する。例えば実施例の場合、セット（１）はアンテナ素子Ａ−１，Ｂ−１，Ｃ−１，Ｄ−１／セット（２）はＡ−２，Ｂ−２，Ｃ−２，Ｄ−２／セット（３）はＡ−３，Ｂ−３，Ｃ−３，Ｄ−３／セット（４）はＡ−４，Ｂ−４，Ｃ−４，Ｄ−４から構成される。各セットを順番にスイッチ３にて切り替え選択し、各々到来電波を受信する。

受信機４は、各アンテナ素子６により受信された電波を検波し、その信号をビデオ信号に変換して出力する。受信機４から出力された各アンテナ素子６に対応するビデオ信号の指向方向を方探処理機５にて電波の到来方向として算出する。算出結果を既知の方向と比較し一致しない場合には、これに対応するアンテナ素子６を不良品として特定する。既知の方位と合致した場合は、次の粗方探セットについて粗方探を行なう。以上の粗方探を４セットすべてについて実施し、すべてのアンテナ素子６の検査を終える。

本発明の実施例１による電波探知装置の構成概略図である。本発明の実施例１による電波探知装置のアンテナ構成概略図である。本発明の実施例１による電波探知装置の方探方法概念図である。本発明の実施例１による電波探知装置のスイッチ選択論理表である。本発明の実施例１による電波探知装置のスイッチ系統図である。本発明の実施例１による電波探知装置の信号処理フローチャートである。本発明の実施例１による電波探知装置の位相差から到来方向を算出する原理図である。本発明の実施例２による電波探知装置のアンテナ概略図である。本発明の実施例２による電波探知装置のスイッチ選択論理表である。本発明の実施例２による電波探知装置のスイッチ系統図である。本発明の実施例３による電波探知装置のアンテナ概略図である。本発明の実施例３による電波探知装置のスイッチ選択論理表である。本発明の実施例３による電波探知装置のスイッチ系統図である。本発明の実施例４による電波探知装置の信号処理フローチャートである。

符号の説明

１方探アンテナ、２アレーアンテナ、３スイッチ、４受信機、５方探処理機、６アンテナ素子、７アンテナパターン。

Claims

信号レベルを比較するレベル比較用アンテナ素子を含む複数のアンテナ素子でそれぞれ構成された、覆域が隣り合うアレーアンテナと、それぞれのスイッチに接続する前記アンテナ素子からの信号を切り替え選択する複数のスイッチを制御し、前記アンテナ素子からの信号の振幅、周波数及び位相の測定結果から到来する電波の方位を測定する方探処理器とを備え、同一の前記アレーアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子は、前記複数のスイッチのそれぞれ異なる一つと接続され、異なる前記アレーアンテナに所属する前記レベル比較用アンテナ素子は、前記複数のスイッチのそれぞれ異なる一つと接続され、前記方探処理器は、前記複数のスイッチを制御して、前記レベル比較用アンテナ素子からの信号を前記覆域ごとにそれぞれ１つずつ同時に選択して分析し、最も信号レベルの高い前記レベル比較用アンテナ素子が所属する前記アレーアンテナを選択し、その選択した前記アレーアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子からの信号を前記複数のスイッチを制御して選択して比較することから方位を算出することを特徴とする電波探知装置。
信号レベルを比較するレベル比較用アンテナ素子を含む複数のアンテナ素子でそれぞれ構成された、全周をたがいに隣り合う４つの覆域に分割した各覆域に対応したアレーアンテナと、それぞれのスイッチに接続する前記アンテナ素子からの信号を切り替え選択する複数のスイッチを制御し、前記アンテナ素子からの信号の振幅、周波数及び位相の測定結果から、到来する電波の方位を測定する方探処理器とを備え、同一の前記アレーアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子は、前記複数のスイッチのそれぞれ異なる一つと接続され、異なる前記アレーアンテナに所属する前記レベル比較用アンテナ素子は、前記複数のスイッチのそれぞれ異なる一つと接続され、前記方探処理器は、前記複数のスイッチを制御して前記レベル比較用アンテナ素子からの信号を前記覆域ごとにそれぞれ１つずつ同時に選択して分析し、最も信号レベルの高い前記レベル比較用アンテナ素子が所属するアレーアンテナを選択し、その選択したアレーアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子からの信号を前記複数のスイッチを制御して選択して比較することから方位を算出することを特徴とする電波探知装置。
覆域が隣り合う前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子のうち、覆域が隣接する端の位置にあるものを共通とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電波探知装置。